Table of Contents
בעולם המורכב של מיקרואלקטרוניקה, האמינות של מסלולים התנהגותיים קובע ביצועי מערכת וארוכותיות. זהב ומוליכים כסף משמשים נרחב בשל התנהגותם החשמלית העליונה והתנגדות לחמצן, אבל הם אינם חסינים מפני כישלון.אפילו השפלה קטנה בקישורים מתכתיים אלה יכולים להוביל להפסד, יעילות חשמל, או התמוטטות של מכשיר זהב.
מצבי כשל נפוצים של זהב ו- Silver Conductors
מנצחי זהב וכסף עומדים בפני מגוון של מצבי כשלון המונעים על ידי מתחים חשמליים, תרמיים, מכניים וסביבתיים.ארבע המנגנונים הנפוצים ביותר - אינטגרציה, קורוזיה, מתח מכני, ופיזור - כל אחד תוקף את המנצח בדרכים נפרדות, לעתים קרובות אינטראקציה כדי להאיץ את הכישלון.
אלקטרומיגור
אלקטרומיגציה מתרחשת כאשר שיניים גבוהות הנוכחיות מפעילות העברה מומנטאלית מאטומים לאטומי מתכת, מה שגורם להגירה אטומית לאורך כיוון זרימת האלקטרונים.לאורך זמן, תעבורה מסיבית זו יוצרת חללים בקצה הקטוייד והגבעות באבן, מה שמוביל למחזורים פתוחים או מעגלים קצרים.
קורוזיה וטארישינג
קורוזיה היא תגובה כימית או אלקטרוכימית בין המנצח לבין הסביבה שלו.זה טבעי לאר ומתנגדת חמצון, אבל זה יכול להתמוסס בנוכחות cyanide, chlorine, או חומצות חזקות - לפעמים נתקלו באריזה או תהליכי ניקוי, לעומת זאת, מגיבים בקלות עם תרכובות המכילות זהב (hydrogen sulfide), פחמן סולפטפטפטפטפטים לעתים קרובות על פני השטח הקדמית (R) עם נטייה נמוכה יותר) עם נזלת שומן (aphsicide) עם אפילפטיד (R) עלולה לגרום לעצימה).
מתח מכני
מתח מכני עולה ממתאמת התרחבות תרמית, התכווצות במהלך ההרכבה, או רטט. חבילות מיקרואלקטרוניקה לעתים קרובות מכילים חומרים מרובים (silicon Die, epoxy עובש תרכובת, substrate) עם אפקטיביות שונה של מהנדסים תרמיים (CTE) כאשר המכשיר מחממת או קירורים, היא מדגישה את הלחץ המופעל על ידי המוליכים למחצה חשמליים יותר, זה יכול לגרום דלום, או התמוטטות גבוהה יותר של שומן (Ric) אבל גם כן, אבל לחץ דם נמוך יותר מאשר לחץ דם ריק).
Interdiffusion ו-Karendall Voiding
כאשר זהב או כסף מגעים מתכת אחרת (למשל, נחושת, tin, ניקל), אטומים יכולים להתערבב בממשק.זה בעייתי במיוחד במפרקים מוכרים או אג"ח חוטים. Gold-tin יוצרים תרכובות מיקרומטראליות (IMCs) כגון AuSn4, בעוד עוביי כסף-tinMCs (Ag3S) גם declass Harmonic Identity aknown vals a-freiciald c-ildiald so-pungs) ב-piciald c-p.
הבדלים בין זהב ומוליכים כסף
למרות ששני המתכות שייכות לקבוצה 11 וחולקים תכונות פיזיות רבות, חתימות הכישלון הייחודיות שלהן הופכות אותן מתאימות ליישומים שונים.השולחן מתחת לסיכום הפרמטרים המרכזיים.
| Property | Gold (Au) | Silver (Ag) |
|---|---|---|
| Electrical resistivity (µΩ·cm) | 2.44 | 1.59 |
| Thermal conductivity (W/m·K) | 318 | 429 |
| Corrosion resistance | Excellent (inert) | Poor (tarnishes) |
| Electromigration activation energy (eV) | ~1.0–1.2 | ~0.6–0.9 |
| Ductility (% elongation) | 30–40 | 20–30 |
| Relative cost (per kg) | High (~60× silver) | Moderate |
זהב Conductors
חסינותו של זהב לחמצן טבעי הופכת אותו מתכת של בחירה עבור אנשי קשר קריטיים למשימה, אג"ח חוט, וקשרים בין אחריות גבוהה בחלל, מכשירים רפואיים, וטלקומוניקציה גבוהה שלה מאפשר לו לעמוד על אופניים תרמיים חוזרים ללא fracturing. עם זאת, אותו דוקטריות יכול לגרום בעיות ב אג"ח זהב חטוף זהב: יכול לפעוט יתר על פני השטח תחת לחץ קצר או למנוע צינורות קצרים יותר, ולכן זה לא מספיקים (ממים) כדי להתמוססים קצרים יותר.
לקוחות
יעילותו של סילבר והתנהלות חשמלית תרמית הופכת אותו חיוני עבור מגברי חשמל, מודולי RF, LED וניהול תרמי.אבל פעילותו המאומצת של Silver tarnishing מואצת על ידי לחות, גופרית, טמפרטורה גבוהה; בטמפרטורה גבוהה; בטמפרטורה גבוהה או תעשייתית, חשיפה גזי חממה אורגני או מימן sulfide יכול לקלקל מגעים כסף בתוך ימים.
שיטות ניתוח כשל זהב ו- Silver Conductors
אבחון שורש כשל המנצח דורש גישה שיטתית המשלבת בדיקה גופנית, אפיון חומרי ובדיקות חשמל.הטכניקות הבאות סטנדרטיות בניתוח כשל (FA) מעבדה.
סורק אלקטרון מיקרוסקופיה (SEM)
SEM מספק טופוגרפיה גבוהה של מנצחים כושלים.זה יכול לחשוף רִיק מ אלקטרומיגציה, corrosion בורות, סדקים מלחץ מכני, או dendrites מן הגירה אלקטרו-כימית. אלקטרונים שני (SE) הדמיה נותן פרטים על פני השטח, בעוד backscattered אלקטרונים (BSE) מדגיש מספר ניגודיות אטומית - שימושי עבור זיהוי בין-מתכת או conminantss מזהה בקלות סגסוגת של צינורות.
אנרגיה Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)
EDS מזהה את ההרכב האלמנטרי של המנצח וכל מוצרי כישלונות. במוליכים כסף, EDS יכול לאשר את נוכחות של גופרית וחמצן בשכבות טפילים, או כלור מ שאריות פלוקס אשר מאיץ קורוזיה. עבור מנצחי זהב, EDS מזהה אלמנטים משולבים (aluminum, tin) בממשק האג"ח, ו-IIifies של שכבות IMCS יכול להיות מסוגלות לחיקוי אורגניות (S) עם אלמנטים של חומר מבוזרים, עם אלמנטים משולבים עם תכונות אור מיפוי (aliftX) עם תכונות).
Ion Beam (FIB) Milling ו Tomography
FIB משתמש בקרן גליון יון אגורה כדי לחתוך חלקים מדויקים דרך מנצח, חשיפת מבנים פנימיים כגון רִיק, סדקים, או שכבות intermetallic.היכולת ללנקב באופן מקומי ולאחר מכן תמונה החלק שבשבו מספק את FiB invalu עבור אתרי בדיקה שלא ניתן לדגום כסף משולב.
Transmission Electron Microscopy (TEM)
כאשר מבנה בקנה מידה אטומי חשוב, TEM מציעה החלטה לא מקבילה.זה יכול לצלם פגמים, גבולות דגנים ורשתות פירוק כי precede אלקטרומיקולציה או כישלון מכני. שטח אלקטרוני שטח נבחר שטח אלקטרוני diffraction (SAED) מזהה שלבים גבישיים של מוצרי קורוזיה או IMCs. TEM הוא שימושי במיוחד עבור חקר השלבים המוקדמים של הגירה או היווצרות של ננומים יקרים בדגימות; הוא לעתים קרובות חסר תקדים (Bout) אבל הוא צורך סימולציה גבוהה של דגימות, אבל הוא לעתים קרובות הוא לעתים קרובות.
X-ray Computed Tomography (XCT)
עבור בדיקה 3D לא הרסנית, XCT משתמש בהבדלים ספיגת רנטגן כדי לחשוף ריקנים, סדקים, ו misalignment בתוך חבילות.זה מועיל במיוחד לניתוח מפרקים מוסתרים, אג"ח חוט, או עקבות כסף מוטבע עד 0.1 מיקרומטר הוא אפשרי עם צינורות nanofocus במעבדה, אבל מערכות אופייניות להשיג 0.5-2.0 μm XCT משמש לעתים קרובות כמו טכניקות סינון ראשוני לפני .
בדיקות חשמל וכישלון
לפני ניתוח פיזי, בדיקות חשמל כגון מדידה התנגדות, ארבע נקודות פרובינג, ודמיית תרמית יכול לאתר את אתר הכישלון. A שינוי בהתנגדות לאורך זמן תחת לחץ נוכחי (למשל, ההזדקנות הנוכחית קבועה) יכול להצביע על הצטברות אלקטרו-מהפכה. Lock-in thermography מזהה נקודות חמות הנגרמות על ידי תקלות, בעוד הדמיה לייזר או זמן-דומיין משקפים את ה-אומטריה מקומית נפתחת וקצרת את הטכניקות אלה כדי להציל את זמן מדויק.
אסטרטגיות לשיפור יעילות התנהגות
בהתבסס על מנגנוני הכישלון שנדונו, כמה אסטרטגיות עיצוב ותהליך יכולות להרחיב באופן משמעותי את חיי המנצחים של זהב וכסף.אסטרטגיות אלה מוחלות בשלבים שונים, החל ממבחר חומרי לאריזות סופיות.
- (FLT:0) Use של מחסום ושכבות דבקות:IRLT:1 פקד סרטים דקים (למשל, TiW, NiCr, Pt) בין המנצח ו substrate מונעים interdiffusion ומשפר את הדבקות. עבור זהב על סיליקון, שכבה טיטניום (50-100 nm) הוא טיפוסי; עבור כסף על אלומיניום, מחסום (200 ניקל) מופחת.
- (FLT:0) ציפויים יעילים וcapsulation:Build:cioFLT 1:1 קידוד ציפויים (parylene, epoxy, Polyimide) או מתכת סיום (Ni /Au, ENIG) חותמים את המנצח מן לחות וגזים קורוזיים.
- (FLT:0)התמדה ותיקון: FLT:1) הוספת אלמנטים כמו שיתוק (למשל, AgPd 70/30), נחושת, או פלטינה ל מעכבי כסף מתפתל ומפחית אלקטרומיגולציה על ידי הגדלת אנרגיית ההפעלה.זה נעשה עם ניקל או קובלט משפר את חוזק החיבור ומלווה התנגדות במחברים.
- (FLT:0) אופטימיזציה של תהליכי ייצור: גרף:1; גודל גרגר שליטה באמצעות שיעור הפירוק ו annealing יכול להפחית אלקטרומיפולציה. מוליכים טהור להראות דיפוזיה איטית יותר בשל גבולות דגנים יותר (אשר יכול להיות גם מועיל מזיק - גרגרי קטן יותר להגדיל את פער הגבול דגנים, אז צורך איזון נמוך מתח נמוך כימאיים ולהפחית פגמים חיקור חוץ.
- (FLT:0) כללים לטמפרטורה נוכחית: FLT:1 הגבלת צפיפות הנוכחית על ידי הגדלת צולב המוליכים או באמצעות מספר רב של עקבות מקבילים מפחיתה אלקטרומיציה. ניהול תרמית (טבעת חום, תרמי באמצעות) ממשיך לפעול טמפרטורות מתחת לסף המזרז את הכישלון.עבור כסף, מעצבים לעתים קרובות מתפוררים נוכחית על ידי 50% בהשוואה לכללים שמרניים.
- (FLT:0) בדיקות והקרנה: FLT:1 מבחנים חיים (למשל, אחסון עתירי גבוה, רכיבה על טמפרטורה, ו- HAST) חושפים פגמים סמויים. עבור כסף, sulfur vapor בדיקות (JESD22-A125) סימולציה של שיבוש; עבור בדיקות אלקטרו-מיכות זהב (JEP) הם סטנדרטיים.
מחקר: הגירה מהירה ב LEDs בעוצמה גבוהה
במודולים LED בעוצמה גבוהה, כסף משמש כציפוי רפלקטיבי על תת-קרקעית קרמיקה וכדידות התנהגותיות לחיבור סדרה.מצב כשלון משותף הוא היווצרות של טנדטים כסף על פני הדיאלקטרי בין קטוודה לבין aode תחת הטיה DC וכשלים שדה גבוהים תאורה חיצונית נקשרו לערכי כסף שאינם-מגנטיים המאפשרים לחות של ניתוח נכשלים / סיליקון כפול של סיליקון חסר-מפוסק.
מגמות עתידיות בהתנהגויות ומניעת כישלון
בעוד מיקרואלקטרוניקה נעים לכיוון אינטגרציה 3D גבוהה ואריזות heterogenous, זהב וכסף להתמודד עם אתגרים חדשים. באותו זמן, חומרים חלופיים נחקרים: נחושת (Cu) כבר דומיננטית ב-end-of-line חיבורים פנימיים בשל העלות הנמוכה שלה ואת מוליכות סבירה, אבל הנטייה שלה לחמצן מחייבת קומנטים נחושת ומוליכים זהב מוגברת ל-Nolreamscreatives.
(הפסקה, ניתוח הכישלון של זהב ומוליכים כסף במיקרואלקטרוניקה הוא שדה בוגר אך מתפתח.על ידי הבנת מנגנוני הכישלון הייחודיים - אוטונומיה, קורוזיה, מתח מכני, ו interdiffusion - מהנדסים יכולים לבחור את המתכת המתאימה לכל יישום, להתאים את תנאי תהליך תהליך, וליישם עיצובים חזקים יותר.